Das thermoplastische Polyurethan (TPU) ist eine Klasse von Polyurethanelastomeren, die durch eine Stiefwachstumspolymerisationsreaktion zwischen Isocyanaten und hydroxylhaltigen Verbindungen synthetisiert wurden. Die grundlegende chemische Reaktion kann als:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or ''
In dieser Reaktion reagiert die Isocyanatgruppe mit einer Hydroxylgruppe zu einer Urethanverknüpfung.
Typischerweise wird TPU unter Verwendung von drei Hauptkomponenten hergestellt:
Langkettige Polyole mit durchschnittlichen Molekulargewichten im Bereich von 600 bis 4000 (die die Weichsegmente bilden);
Kettenstrecker, bei denen es darum geht, Diolen mit niedrigem Molekulargewicht (MW ~ 61–400); Und
Diisocyanate, die als harte Segmentvorläufer fungieren.
Die endgültigen Eigenschaften des TPU-Bereichs von weicher und flexibler bis starrer und hoher Modulus-Abhängigkeit hauptsächlich von der Auswahl und dem Verhältnis dieser Rohstoffe.
Softsegmentmaterialien
Das Softsegment trägt Flexibilität, Elastizität und steuert die Leistung von TPU bei niedrigen Temperaturen sowie deren Widerstand gegen Lösungsmittel und Verwitterung. Diese Segmente bestehen im Allgemeinen aus hydroxylterminierten Polyestern oder Polyether.
Polyester werden häufiger verwendet und umfassen Materialien wie Polyadipat, Polykaprolakton und aliphatische Polycarbonat -Diolen.
Typische Polyether umfassen Polypropylenglykol (PPG) und Polytetramethylenetherglykol (PTMEG). Manchmal wird eine Mischung aus Polyester- und Polyether -Polyolen verwendet, um die Leistung durch Kombination hydrolytischer Resistenz, mechanischer Festigkeit und Elastizität zu optimieren.
Harte Segmentmaterialien
Das harte Segment wird aus Diisocyanaten und kurzkettigen Diolen gebildet. Das am häufigsten verwendete Diisocyanat in der TPU-Produktion ist 4,4'-Diphenylmethan-Diisocyanat (MDI), das für seine hohe Reaktivität und Starrheit bekannt ist. Andere verwendete Diisocyanate sind Hexamethylen-Diisocyanat (HDI) und 3,3'-Dimethyl-4,4'-Biphenyl-Diisocyanat (TODI), ausgewählt für spezifische Leistung oder Verarbeitungsanforderungen.
Gemeinsame Kettenstrecker sind Diolen mit niedrigem Molekulargewicht wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexanediol und Hydrochinon-Bis (2-Hydroxyethyl) -Ther, die zum Aufbau der harten Segmente beitragen und zur mechanischen Verstärkung beitragen.
Andere Additive
Zusätzlich zu den Hauptkomponenten umfasst TPUs häufig verschiedene Additive, um die Verarbeitung und langfristige Stabilität zu verbessern:
Schimmelfreisetzungsmittel, typischerweise Derivate von Fettsäuren, Silikonen oder Fluoropolymeren, werden in kleinen Mengen (0,1%–0,2%) zugesetzt, um Demolding zu unterstützen.
Stabilisatoren: Aromatische Carbodiimide werden insbesondere in TPUs auf Polyesterbasis verwendet, um den hydrolytischen Abbau (1% –2% nach Masse) zu verringern. Behinderte Phenole und Amine helfen bei der Bekämpfung der thermischen Oxidation.
UV -Stabilisatoren wie Benzotriazol- oder Benzophenonderivate werden häufig mit HALs (behindertes Aminlichtstabilisatoren) kombiniert, um die Gelben und Verschlechterung von Sonnenlicht zu verhindern.
Füllstoffe: Mineralfüller wie Calciumcarbonat, Talk und Siliciumdioxid verbessern die Steifheit oder senken die Kosten. Zu den Verstärkungsfüllern gehören Glimmer, Glasfasern und organische Fasern.
Schmiermittel, einschließlich Graphit, Molybdän -Disulfid, PTFE -Pulver und Silikonöle, verbessern die Verschleißfestigkeit und die Oberflächeneigenschaften.
Weichmacher können auch zur Feinabstimmung und Verarbeitungsverhalten eingebaut werden.
Dieses flexible Formulierungssystem ist einer der größten Vorteile der TPU. Durch die Anpassung der Chemie und Formulierung können Hersteller TPU-Klassen erstellen, die auf spezifische Leistungskriterien zugeschnitten sind, die von weichen und elastischen Filmen bis hin zu starre Strukturteilen reichen und gleichzeitig die thermoplastische Neuverarbeitung aufrechterhalten.